SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
&BN#"- J
$#E!/vVwD7
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 %RzCJxT
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。 （输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）  -[[( Z x
RLE ]l, ,en5V
ID EXAMPLE LENS 53 :a9
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 . Gb!mG
CORDER 1 3 2 WF<3
7"A@
APS -11 U|x#'jGo'
TEMPERATURE 30.00000 I5ZM U
WAP 3 }d%Fl}.Ez
GTZ gmZ] E45
UNITS MM KC nm _4
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 P=Su)c
6.24500 \J(kM,ZJ
S1U[{R?,
0 AIR mp
z3o\n
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 ^%!#Q].
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 J|`.d46
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 :TkM S8
1 CTE 0.500000E-06 -,2CMS#N
1 GTB U 'FUSILICA ' J M`[|"R%
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR w1 eFm:'
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 ;*0?C'h=
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 R[@}Lg7+v
3 CTE 0.806000E-05 oXU b_/
3 GTB S 'N-LAF2 ' <LN 7 +7}
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR `@#rAW D
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 2+ywl}9
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 gU1Pb]]
5 CTE 0.710000E-05 Eihn%Esa
5 GTB S 'N-BK7 ' D " %>
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR D}Sww5ZmP
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 w^U{e
xo
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ;; ;=)'o
7 CTE 0.710000E-05 '.k'*= cq0
7 GTB S 'N-BK7 ' 2f62 0
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR <y?=;54a
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 +wxsAGy_j
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 GP^.h kVs
9 CTE 0.710000E-05 S a
kew
9 GTB S 'N-BK7 ' gtePo[ZH.P
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR d Ce LW
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 "p7nngn~
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR -:E~Z_J`
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 ZJ.an%4
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 ESYF4-d +
12 CTE 0.846000E-05 zTc*1(^
12 GTB S 'N-SF57 ' 6q6xqr:W
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR } 1W@
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 : q?#$?
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ~9E_L?TW*
14 CTE 0.710000E-05 3&nN;4~Zx6
14 GTB S 'N-BK7 ' _54gqD2C,
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR Rc
&m4|cw7
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 RB|i<`Z
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 9\c]I0)3p
16 CTE 0.806000E-05 3bYjW=_hA
16 GTB S 'N-LAF2 ' xiDgQTDz
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR ex6R=97uA
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 /K NDo^P
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 kguZ AO6
18 CTE 0.806000E-05 W"GW[~
h
18 GTB S 'N-LAF2 ' m(*rMO>_
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR q=Vh"]0g
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 k5Fj "U
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 O1S7t)ag
20 CTE 0.710000E-05 ts9wSx~[+
20 GTB S 'N-BK7 ' {y wwJ
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR G!;PV^6x
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR @XXPJq;J
END &K{8-
t
JWI Y0iP
该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。 初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。 "RN]
@p#m
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。 m|F1_Ggz
这是我们的优化MACro： +{RTz)e?*
CHG tH44\~
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field kS8?N`2}LV
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number %1.F;-GdsW
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END >36,lNt
*=.~PR6W{
PANT rM"27ud[`_
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location !*Eu(abD
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows 7HBf^N.
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 $`55 E(
END _io'8X2K%
V`1{*PrI@L
AANT rpK&OR/
AEC ! monitor feathered edges } b&lHr'Uw
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm {MSE}|A\V
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant UZ2_FP
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 W>C?a=r~
jr? /wt w
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 9`*Eeb>
<Q\KS
S P YA .5 ;Pt8\X
"(7y% TFt:
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field . i
I{
>&KH!: OX|
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 ,MNv}w@
GNO 0 0.05 4 M 1 END K F_fz
m^}|LB:5
SNAP ! get snapshot every iteration =g9n =spAn
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. + w^,!gA&
g"1V ]
（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下，我们选择了第8组，它创建了横向目标和OPD目标，然后选择删除横向目标 并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做，然后有更多选项。） jez0 A
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 :J]'c}
现在让我们使用一些强大的工具。 首先，我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。 为此，我们只需添加该行命令 _ZK^J S
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. `\62 iUN
mi7?t/D1Z
将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。 Y~g{9 <!
正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？ <V KJ+
为此，我们将AED线更改为 MmN{f~Kq9
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. z&amYwQcI
E 6TeZ%g
并再次运行MACro。 （如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） X$we\t
CORE nb
x2"1,1%H7
<v|"eq}
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） gHBv Q1g
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 $qQYxx@
VY 12 GLM ES&u*X:
J 7R( X
到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。 /B@{w-N
该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：  /=m AVA
RLE z/ 1$G"
ID EXAMPLE LENS 141 uI7n {4W*x
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 sip4,>,E
UJI2L-;Ul
CORDER 1 3 2 5p[}<I{
APS -11 0vm> *M*p
TEMPERATURE 30.00000 )OV 0YfO
WAP 1 ?[Lk]A&"L2
GTZ d^aVP
UNITS MM o{sv<$
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 '6dVe 2V
6.24500 1RYrUg"s"
0 AIR \N*([{X
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 4=([v;fc
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 "#r)NYq`"|
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 +twoUn{#
1 CTE 0.500000E-06 Ds">eN q
1 GTB U 'FUSILICA ' p@ ^G)x
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR XGx[Ny_A2
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 q,,
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 (SBhU:^h
3 CTE 0.806000E-05 a V 'bI
3 GTB S 'N-LAF2 ' <giBL L!
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR \~
D(ww
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 '[{<a Eo
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 =b %}x >>
5 CTE 0.710000E-05 Lb/GL\J)
5 GTB S 'N-BK7 ' 7&ED> Bk
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR @(,1}3s
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 QhZg{v[d
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 UY<
PiP
7 CTE 0.710000E-05 k7CKl;Fck
7 GTB S 'N-BK7 ' z% wh|q
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR rm[C{Pn
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 _?
gCOr
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 pZnp!!G
9 CTE 0.710000E-05 [s( D== 8
9 GTB S 'N-BK7 ' =u< :'\_
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR b7QE
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR ?_NKyiu95
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 |THpkfW
12 GLM 1.73264979 52.69907560 v-1}&K
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR 4Z)s8sD KW
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 # C C5 +
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 =>$)F 4LW
14 CTE 0.846000E-05 %k!CjW3
14 GTB S 'N-SF57 ' AQ~ xjU
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR ;]dD\4_hK
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 Qm%PpQ^Lz3
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 YWFE*wQ!
16 CTE 0.806000E-05 R
BYhU55B
16 GTB S 'N-LAF2 ' {X ! OK3e
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR %O"8|ZG9{
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 ^D+J
k8
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 WMB%?30
18 CTE 0.806000E-05 U2
*ORd
18 GTB S 'N-LAF2 ' ){; XI2
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR 8SGaS&
19 CV -0.01641741 -YA,Stc-
19 UMC -0.14286000 n:5M
E*
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 3Ua?^2l
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 nKx)R^]k
20 CTE 0.710000E-05 39X~<\&'
20 GTB S 'N-BK7 '
I 1Q!3P
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR 4>KF`?%4
21 CV -8.70496644E-18 `/8@F j
21 UMC -0.14286000 *1)>He$qL
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR MEDh
END `'YX>u /
"aJH Ci~l
该程序在表面14处移除了原始透镜元件，并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米（是原来的一半）。 然后，我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。 （当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）
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